Tai trečioji pagrindinė sąveika, egzistuojanti tik mikrokosmose. Jis atsakingas už kai kurių fermiono dalelių virsmą kitomis, o silpnai sąveikaujančių peptonų ir kvarkų spalva nekinta. Tipiškas silpnosios sąveikos pavyzdys – beta skilimo procesas, kurio metu laisvasis neutronas suyra į protoną, elektroną ir elektroninį antineutriną vidutiniškai per 15 minučių. Skilimą sukelia d skonio kvarko transformacija į skonio u kvarką neutrono viduje. Išspinduliuotas elektronas užtikrina visumos išsaugojimą elektros krūvis, o antineutrinas leidžia išsaugoti visą sistemos mechaninį impulsą.
Stipri sąveika
Pagrindinė funkcija stipri sąveika- sujungti kvarkus ir antikvarkus į hadronus. Stiprios sąveikos teorija kuriama. Tai tipiška lauko teorija ir vadinama kvantine chromodinamika. Jo išeities taškas yra trijų tipų spalvinių krūvių (raudonos, mėlynos, žalios) egzistavimo postulatas, išreiškiantis prigimtinį materijos gebėjimą sujungti kvarkus stiprioje sąveikoje. Kiekviename iš kvarkų yra tam tikras tokių krūvių derinys, tačiau visiškas jų tarpusavio kompensavimas neįvyksta, o kvarkas turi gaunamą spalvą, tai yra, jis išlaiko galimybę stipriai sąveikauti su kitais kvarkais. Bet kai trys kvarkai arba kvarkas ir antikvarkas susijungia ir sudaro hadroną, grynasis spalvų krūvių derinys jame yra toks, kad hadronas kaip visuma yra neutralus spalvos. Spalvoti krūviai sukuria laukus su jiems būdingais kvantais – bozonais. Keitimasis virtualiais spalvų bozonais tarp kvarkų ir (arba) antikvarkų yra materialus stiprios sąveikos pagrindas. Prieš atrandant kvarkus ir spalvų sąveiką, branduolinė jėga, jungianti protonus ir neutronus atomų branduoliuose, buvo laikoma pagrindine. Atradus materijos kvarkų lygį, stipri sąveika buvo pradėta suprasti kaip spalvų sąveika tarp kvarkų, susijungiančių į hadronus. Branduolinės jėgos nebelaikomos esminėmis, jos turi būti kažkaip išreikštos spalvotomis jėgomis. Tačiau tai nėra lengva padaryti, nes barionai (protonai ir neutronai), sudarantys branduolį, paprastai yra neutralios spalvos. Analogiškai galime prisiminti, kad atomai kaip visuma yra elektriškai neutralūs, tačiau molekuliniame lygmenyje atsiranda cheminės jėgos, laikomos elektrinių atominių jėgų aidais.
Apsvarstytos keturios pagrindinių sąveikų rūšys yra visų kitų žinomų materijos judėjimo formų pagrindas, įskaitant tas, kurios atsirado aukštesniuose vystymosi etapuose. Bet koks sudėtingos formos judesiai, suskaidyti į struktūrinius komponentus, atskleidžiami kaip sudėtingos šių pagrindinių sąveikų modifikacijos.
2. Mokslinių požiūrių apie dalelių sąveiką formavimas prieš evoliucinį „didžiojo susivienijimo“ teorijos sukūrimą.
„Didžiojo susivienijimo“ teorija yra teorija, sujungianti elektromagnetinius, stiprius ir silpnos sąveikos. Minėdami „Didžiojo susivienijimo“ teoriją, kalbame apie tai, kad visos gamtoje egzistuojančios jėgos yra vienos universalios pamatinės jėgos apraiška. Yra keletas samprotavimų, kurie leidžia manyti, kad Didžiojo sprogimo, dėl kurio gimė mūsų visata, momentu egzistavo tik ši jėga. Tačiau laikui bėgant visata išsiplėtė, o tai reiškia, kad ji atvėso, o viena jėga suskilo į kelias skirtingas, kurias dabar stebime. „Didžiojo susivienijimo“ teorija apibūdintų elektromagnetines, stipriąsias, silpnąsias ir gravitacines jėgas kaip vienos universalios jėgos apraiškas. Jau padaryta tam tikra pažanga: mokslininkams pavyko sukurti teoriją, apjungiančią elektromagnetinę ir silpnąją sąveiką. Tačiau pagrindinis „Didžiojo susivienijimo“ teorijos darbas dar laukia.
Šiuolaikinė dalelių fizika yra priversta diskutuoti apie problemas, kurios iš tikrųjų kėlė nerimą senovės mąstytojams. Kokia yra dalelių ir cheminių atomų, pagamintų iš šių dalelių, kilmė? O kaip Kosmosas, mums matoma Visata, gali būti pastatyta iš dalelių, kad ir kaip jas pavadintume? Ir dar – ar Visata buvo sukurta, ar ji egzistavo nuo amžinybės? Jei galima to paklausti, kokie yra mąstymo keliai, kurie gali vesti į įtikinamus atsakymus? Visi šie klausimai yra panašūs į tikrųjų egzistencijos principų paieškas, klausimus apie šių principų prigimtį.
Kad ir ką sakytume apie kosmosą, aišku viena – viskas gamtos pasaulis vienaip ar kitaip susideda iš dalelių. Bet kaip suprasti šią kompoziciją? Yra žinoma, kad dalelės sąveikauja – jos traukia arba atstumia viena kitą. Dalelių fizika tiria įvairias sąveikas. [Popper K. Apie žinių ir nežinojimo šaltinius // Vopr. gamtos mokslų ir technikos istorija, 1992, Nr. 3, p. 32.]
Elektromagnetinė sąveika ypatingo dėmesio sulaukė XVIII–XIX a. Buvo atrasti elektromagnetinės ir gravitacinės sąveikos panašumai ir skirtumai. Kaip ir gravitacija, elektromagnetinės jėgos yra atvirkščiai proporcingos atstumo kvadratui. Tačiau, skirtingai nei gravitacija, elektromagnetinė „gravitacija“ ne tik pritraukia daleles (skirtingus krūvio ženklus), bet ir atstumia jas viena nuo kitos (vienodai įkrautas daleles). Ir ne visos dalelės yra elektros krūvio nešėjos. Pavyzdžiui, fotonas ir neutronas šiuo atžvilgiu yra neutralūs. 50-aisiais metų XIX V. D. C. Maxwello (1831–1879) elektromagnetinė teorija unifikavo elektros ir magnetiniai reiškiniai ir tuo išaiškino elektromagnetinių jėgų veikimą. [Grünbaum A. Kilmė prieš kūrybą fizinėje kosmologijoje (teologiniai šiuolaikinės fizinės kosmologijos iškraipymai). – Klausimas. Filosofija, 1995, Nr. 2, p. 19.]
Radioaktyvumo reiškinių tyrimas leido atrasti ypatingą dalelių sąveikos rūšį, vadinamą silpnąja sąveika. Kadangi šis atradimas yra susijęs su beta radioaktyvumo tyrimu, šią sąveiką galėtume pavadinti beta skilimu. Tačiau fizikinėje literatūroje įprasta kalbėti apie silpnąją sąveiką – ji silpnesnė už elektromagnetinę sąveiką, nors daug stipresnė už gravitacinę sąveiką. Atradimą palengvino W. Pauli (1900–1958) tyrimai, numatę, kad beta skilimo metu išsiskiria neutrali dalelė, kompensuojanti akivaizdų energijos tvermės dėsnio pažeidimą, vadinamą neutrinu. O be to, atrasti silpnąsias sąveikas padėjo E. Fermi (1901–1954) tyrimai, kuris kartu su kitais fizikais pasiūlė, kad elektronai ir neutrinai, prieš jiems išvykstant iš radioaktyvus branduolys neegzistuoja šerdyje, taip sakant, viduje baigta forma, bet susidaro radiacijos proceso metu. [Grünbaum A. Kilmė prieš kūrybą fizinėje kosmologijoje (teologiniai šiuolaikinės fizinės kosmologijos iškraipymai). – Klausimas. Filosofija, 1995, Nr. 2, p. 21.]
Galiausiai paaiškėjo, kad ketvirtoji sąveika buvo susijusi su intrabranduoliniais procesais. Vadinamas stipriąja sąveika, ji pasireiškia kaip intrabranduolinių dalelių – protonų ir neutronų – trauka. Dėl savo didelio dydžio jis yra didžiulis energijos šaltinis.
Keturių tipų sąveikų tyrimas sekė gilaus jų ryšio paieškos keliu. Šiame neaiškiame, iš esmės tamsiame kelyje tik simetrijos principas vadovavo tyrimui ir leido nustatyti tariamą ryšį įvairių tipų sąveikos.
Norint nustatyti tokius ryšius, teko griebtis paieškų specialus tipas simetrijos. Paprastas pavyzdysŠio tipo simetrija gali būti pavaizduota darbo, atliekamo keliant krovinį, priklausomybe nuo keltuvo aukščio. Išeikvojama energija priklauso nuo aukščio skirtumo, bet nepriklauso nuo pakilimo kelio pobūdžio. Tik ūgio skirtumas yra reikšmingas ir visiškai nesvarbu, nuo kokio lygio pradedame matavimą. Galime sakyti, kad čia kalbama apie simetriją kilmės pasirinkimo atžvilgiu.
Panašiu būdu galite apskaičiuoti elektros krūvio judėjimo energiją elektriniame lauke. Aukščio analogas čia bus lauko įtampa arba, kitaip tariant, elektrinis potencialas. Krūvio judėjimo metu sunaudota energija priklausys tik nuo potencialų skirtumo tarp galutinio ir atspirties taškai lauko erdvėje. Čia kalbama apie vadinamąjį matuoklį arba, kitaip tariant, skalės simetriją. Nurodyta matuoklio simetrija elektrinis laukas, yra glaudžiai susijęs su elektros krūvio tvermės dėsniu.
Matuoklio simetrija pasirodė esąs svarbiausias įrankis, sukūręs galimybę išspręsti daugybę elementariųjų dalelių teorijos sunkumų ir daugybės bandymų suvienodinti įvairių tipų sąveikas. IN kvantinė elektrodinamika, pavyzdžiui, atsiranda įvairių nukrypimų. Šiuos skirtumus galima pašalinti dėl to, kad vadinamoji renormalizavimo procedūra, kuri pašalina teorijos sunkumus, yra glaudžiai susijusi su matuoklio simetrija. Atrodo, kad sunkumų, kylančių kuriant ne tik elektromagnetinės, bet ir kitos sąveikos teoriją, galima įveikti, jei galima rasti kitų paslėptų simetrijų.
Matuoklio simetrija gali įgauti apibendrintą pobūdį ir gali būti priskirta bet kuriam jėgos laukui. 1960-ųjų pabaigoje. S. Weinbergas (g. 1933 m.) iš Harvardo universiteto ir A. Salamas (g. 1926 m.) iš Imperatoriškojo koledžo Londone, remdamiesi S. Glashow (g. 1932 m.) darbais, ėmėsi teorinio elektromagnetinės ir silpnosios sąveikos suvienodinimo. Jie naudojo matuoklio simetrijos idėją ir su šia idėja susijusią matuoklio lauko koncepciją. [Jakuševas A. S. Pagrindinės šiuolaikinio gamtos mokslo sampratos. – M., Fakt-M, 2001, p. 29.]
Taikoma elektromagnetinei sąveikai paprasčiausia forma matuoklio simetrija. Paaiškėjo, kad silpnosios sąveikos simetrija yra sudėtingesnė nei elektromagnetinės sąveikos. Tokį sudėtingumą lemia paties proceso sudėtingumas, taip sakant, silpnos sąveikos mechanizmas.
Pavyzdžiui, silpnos sąveikos procese vyksta neutronų skilimas. Šiame procese gali dalyvauti tokios dalelės kaip neutronas, protonas, elektronas ir neutrinas. Be to, dėl silpnos sąveikos vyksta abipusė dalelių transformacija.
„Didžiojo susivienijimo“ teorijos konceptualios nuostatos
Šiuolaikinėje teorinė fizika Toną nustato dvi naujos konceptualios schemos: vadinamoji „didžiojo susivienijimo“ teorija ir supersimetrija.
Šios mokslinės tendencijos kartu veda į labai patrauklią idėją, pagal kurią visa gamta galiausiai yra pavaldi kažkokiai supervalstybei, pasireiškiančia įvairiais „apsaugomis“. Ši jėga yra pakankamai galinga, kad sukurtų mūsų Visatą ir aprūpintų ją šviesa, energija, medžiaga ir suteiktų jai struktūrą. Tačiau supergalia yra daugiau nei tik kūrybinė jėga. Joje materija, erdvėlaikis ir sąveika susilieja į nedalomą darnią visumą, sukuriančią tokią Visatos vienybę, kokios niekas anksčiau neįsivaizdavo. Mokslo tikslas iš esmės yra tokios vienybės paieška. [Ovchinnikov N.F. Struktūra ir simetrija // Sistemos tyrimai, M., 1969, p. 137.]
Remiantis tuo, yra tam tikras pasitikėjimas visų gyvosios ir negyvosios gamtos reiškinių sujungimu pagal vieną aprašomąją schemą. Šiandien gamtoje yra keturios pagrindinės sąveikos arba keturios jėgos, atsakingos už visas žinomas sąveikas. elementariosios dalelės– stipriosios, silpnosios, elektromagnetinės ir gravitacinės sąveikos. Stipri sąveika sujungia kvarkus. Silpna sąveika yra atsakinga už kai kuriuos branduolinio skilimo tipus. Elektromagnetinės jėgos veikia tarp elektros krūvių, o gravitacinės jėgos – tarp masių. Šių sąveikų buvimas yra pakankama ir būtina sąlyga kuriant mus supantį pasaulį. Pavyzdžiui, be gravitacijos ne tik nebūtų galaktikų, žvaigždžių ir planetų, bet ir neatsirastų Visata – juk yra pagrįstos pačios besiplečiančios Visatos ir Didžiojo sprogimo sampratos, iš kurių kyla erdvėlaikis. dėl gravitacijos. Be elektromagnetinės sąveikos nebūtų nei atomų, nei chemijos, nei biologijos, nei saulės šilumos ar šviesos. Be stiprios branduolinės sąveikos neegzistuotų branduoliai, todėl nebūtų atomų ir molekulių, chemijos ir biologijos, o žvaigždės ir Saulė negalėtų generuoti šilumos ir šviesos naudojant branduolinę energiją.
Net silpna branduolinė sąveika vaidina tam tikrą vaidmenį formuojantis Visatai. Be jų Saulės ir žvaigždės branduolinės reakcijos būtų neįmanomos, neįvyktų supernovų sprogimai ir gyvybei būtini sunkieji elementai negalėtų išplisti visoje Visatoje. Gali būti, kad gyvybė neatsirado. Jei sutinkame su nuomone, kad visas šias keturias visiškai skirtingas sąveikas, kurių kiekviena savaip būtina sudėtingoms struktūroms atsirasti ir nulemti visos Visatos evoliuciją, sukuria viena paprasta supergalia, tada vienas pagrindinis įstatymas, galiojantis tiek gyvenant, tiek viduje negyvoji gamta, nėra jokių abejonių. Šiuolaikiniai tyrimai rodo, kad šios keturios jėgos kažkada galėjo būti sujungtos į vieną.
Tai buvo įmanoma esant milžiniškoms energijoms, būdingoms ankstyvosios Visatos erai netrukus po to didysis sprogimas. Iš tiesų, elektromagnetinės ir silpnosios sąveikos suvienodinimo teorija jau buvo patvirtinta eksperimentiškai. „Didžiojo susivienijimo“ teorijos turėtų sujungti šias sąveikas su stipriosiomis, o „Viskas, kas yra“ teorijos turėtų suvienyti visas keturias pagrindines sąveikas kaip vienos sąveikos apraiškas. Visatos šiluminė istorija, pradedant 10–43 sek. po Didžiojo sprogimo iki šių dienų, tai rodo dauguma helis-4, helis-3, deuteronai (deuterio branduoliai – sunkusis vandenilio izotopas) ir litis-7 Visatoje susiformavo maždaug po 1 minutės po Didžiojo sprogimo.
Sunkesni elementai žvaigždžių viduje atsirado po dešimčių milijonų ar milijardų metų, o gyvybės atsiradimas atitinka galutinį besivystančios Visatos etapą. Remdamiesi toli nuo pusiausvyros veikiančių skleidžiamųjų sistemų, veikiančių kodinio dažnio žemos energijos srauto, teorine analize ir kompiuterinio modeliavimo rezultatais, padarėme išvadą, kad Visatoje yra du lygiagrečiai vykstantys procesai – entropija ir informacija. Be to, entropinis medžiagos pavertimo spinduliuote procesas nėra dominuojantis. [Soldatovas V.K. „Didžiojo susivienijimo teorija“. – M., Postscript, 2000, p. 38.]
Esant tokioms sąlygoms, atsiranda naujo tipo evoliucinis materijos saviorganizacijos tipas, susiejantis nuoseklų erdvėlaikinį sistemos elgesį su dinaminiais procesais pačioje sistemoje. Tada Visatos mastu šis dėsnis bus suformuluotas taip: „Jei Didžiojo sprogimo dėka susiformavo 4 pagrindinės sąveikos, tai tolimesnė Visatos erdvės ir laiko organizavimo raida yra susijusi su jų suvienijimu. “ Taigi, mūsų nuomone, didėjančios entropijos dėsnis turi būti taikomas ne atskiroms Visatos dalims, o visam jos evoliucijos procesui. Susiformavimo momentu Visata pasirodė esanti kvantuota pagal hierarchijos erdvės ir laiko lygius, kurių kiekvienas atitinka vieną iš pagrindinių sąveikų. Atsiradęs svyravimas, suvokiamas kaip besiplečiantis Visatos paveikslas, tam tikru momentu pradeda atstatyti savo pusiausvyrą. Tolesnės evoliucijos procesas vyksta veidrodiniame vaizde.
Kitaip tariant, stebimoje Visatoje vienu metu vyksta du procesai. Vienas procesas – antientropija – yra susijęs su sutrikusios pusiausvyros atkūrimu per materijos ir spinduliuotės savaiminį susiorganizavimą į makrokvantines būsenas (pvz. fizinis pavyzdys galime paminėti tokias gerai žinomas medžiagos būsenas kaip supertakumas, superlaidumas ir kvantinis Holo efektas). Šis procesas, matyt, nulemia nuoseklią procesų raidą termobranduolinė sintezėžvaigždėse – planetų sistemų, mineralų, floros, vienaląsčių ir daugialąsčių organizmų susidarymas. Tai automatiškai seka trečiojo progresyvios gyvų organizmų evoliucijos principo savaime organizuojamą orientaciją.
Kitas procesas yra grynai entropinio pobūdžio ir apibūdina savaime besiorganizuojančios materijos ciklinio evoliucinio perėjimo (skilimo – saviorganizacijos) procesus. Gali būti, kad šie principai gali tapti pagrindu kuriant matematinį aparatą, leidžiantį sujungti visas keturias sąveikas į vieną superjėgą. Kaip jau minėta, tai yra problema, su kuria šiuo metu užsiima dauguma teorinių fizikų. Tolesnis šio principo argumentavimas toli peržengia šio straipsnio ribas ir yra susijęs su Visatos evoliucinės savitvarkos teorijos konstravimu. Todėl padarykime pagrindinę išvadą ir pažiūrėkime, kiek ji pritaikoma biologinėms sistemoms, jų valdymo principams, o svarbiausia – naujoms organizmo patologinių būklių gydymo ir profilaktikos technologijoms. Visų pirma, mus domina gyvų organizmų saviorganizacijos ir evoliucijos palaikymo principai ir mechanizmai, taip pat jų pažeidimų priežastys, pasireiškiančios visų rūšių patologijomis.
Pirmasis iš jų – kodinio dažnio valdymo principas, kurio pagrindinis tikslas – palaikyti, sinchronizuoti ir valdyti energijos srautus bet kurioje atviroje savaime besiorganizuojančioje išsklaidymo sistemoje. Šio principo įgyvendinimas gyviems organizmams reikalauja, kad kiekviename struktūriniame hierarchiniame lygmenyje biologinis objektas (molekulinis, tarpląstelinis, ląstelinis, audinys, organoidas, organizmas, populiacija, biocenotinis, biotinis, kraštovaizdis, biosfera, kosminis) būtų bioritmologinis procesas. susijęs su transformuotos energijos suvartojimu ir suvartojimu, o tai lemia procesų aktyvumą ir seką sistemoje. Šis mechanizmas užima pagrindinę vietą ankstyvosiose gyvybės atsiradimo stadijose DNR struktūros formavimo procesuose ir atskirų paveldimos informacijos kodų pakartotinio kopijavimo principuose, taip pat tokiuose procesuose kaip ląstelių dalijimasis ir vėlesnė diferenciacija. Kaip žinoma, ląstelių dalijimosi procesas visada vyksta griežta seka: profazė, metafazė, telofazė ir tada anafazė. Galite pažeisti dalijimosi sąlygas, trukdyti jam, net pašalinti branduolį, bet seka visada bus išsaugota. Be jokios abejonės, mūsų organizmas aprūpintas tobuliausiais sinchronizatoriais: nervų sistema, jautria menkiausiems išorės ir vidinė aplinka, lėčiau humoralinė sistema. Tuo pačiu metu šlepetės blakstiena, visiškai nesant nervų ir humoralinės sistemos, gyvena, maitinasi, išsiskiria, dauginasi ir visa tai. labai sudėtingi procesai nevyksta chaotiškai, o griežta seka: bet kokia reakcija iš anksto nulemia kitą, o tai savo ruožtu išskiria produktus, kurių reikia kitai reakcijai pradėti. [Soldatovas V.K. „Didžiojo susivienijimo teorija“. – M., Postscript, 2000, p. 59.]
Reikėtų pažymėti, kad Einšteino teorija pažymėjo tokią svarbią gamtos supratimo pažangą, kad požiūrio į kitas gamtos jėgas persvarstymas netrukus tapo neišvengiamas. Šiuo metu vienintelė „kita“ jėga, kurios egzistavimas buvo tvirtai įrodytas, buvo elektromagnetinė sąveika. Tačiau išoriškai jis visai nepriminė gravitacijos. Be to, likus keliems dešimtmečiams iki Einšteino gravitacijos teorijos sukūrimo, elektromagnetizmą sėkmingai apibūdino Maksvelo teorija, ir nebuvo pagrindo abejoti šios teorijos pagrįstumu.
Visą gyvenimą Einšteinas svajojo sukurti vieningą lauko teoriją, kurioje visos gamtos jėgos susijungtų grynos geometrijos pagrindu. Sukūręs bendrąją reliatyvumo teoriją Einšteinas didžiąją savo gyvenimo dalį paskyrė tokios schemos paieškoms. Tačiau ironiška, bet arčiausiai Einšteino svajonės įgyvendinimo prisiartino mažai žinomas lenkų fizikas Theodoras Kaluza, dar 1921 m. padėjęs pamatus naujam ir netikėtam požiūriui į fizikos suvienijimą, kuris iki šiol tebegalioja. nuostabi su savo įžūlumu.
XX amžiaus 30-ajame dešimtmetyje atradus silpną ir stiprią sąveiką, gravitacijos ir elektromagnetizmo suvienijimo idėjos iš esmės prarado savo patrauklumą. Nuosekli vieningo lauko teorija turėjo apimti ne dvi, o keturias jėgas. Akivaizdu, kad to negalima padaryti neįsigijus gilaus silpnos ir stiprios sąveikos supratimo. Aštuntojo dešimtmečio pabaigoje dėl gaivaus vėjo, kurį atnešė Grand Unified Theories (GUT) ir supergravitacija, buvo prisiminta senoji Kaluzos-Kleino teorija. Jie „nupūtė dulkes, aprengė madingai“ ir įtraukė visas iki šiol žinomas sąveikas.
GUT teoretikams vienoje koncepcijoje pavyko sujungti tris labai skirtingus sąveikos tipus; taip yra dėl to, kad visas tris sąveikas galima apibūdinti naudojant matuoklio laukus. Pagrindinė gabaritų laukų savybė yra abstrakčių simetrijų buvimas, suteikiantis šiam požiūriui elegancijos ir galimybių. Jėgos lauko simetrijos buvimas gana aiškiai rodo tam tikros paslėptos geometrijos pasireiškimą. Kaluzos-Kleino teorijoje, sugrąžintoje į gyvenimą, gabaritų laukų simetrijos tampa konkrečios – tai geometrinės simetrijos, susijusios su papildomais erdvės matmenimis.
Kaip ir pirminėje versijoje, sąveikos įtraukiamos į teoriją pridedant papildomų erdvinių matmenų prie erdvės laiko. Tačiau kadangi dabar turime pritaikyti trijų tipų sąveikas, turime įvesti keletą papildomų dimensijų. Paprasčiausiai suskaičiavus į GUT įtrauktų simetrijos operacijų skaičių, gaunama teorija su septyniais papildomais erdviniais matmenimis (taigi bendras skaičius pasiekia dešimt); Jei atsižvelgsime į laiką, tai erdvėlaikis iš viso turi vienuolika dimensijų. [Soldatovas V.K. „Didžiojo susivienijimo teorija“. – M., Postscript, 2000, p. 69.]
Pagrindinės „Didžiojo susivienijimo“ teorijos nuostatos kvantinės fizikos požiūriu
Kvantinėje fizikoje kiekviena ilgio skalė yra susieta su energijos skale (arba lygiavertėmis masėmis). Kuo mažesnė tiriama ilgio skalė, tuo didesnė energija reikalinga tam. Norint ištirti protono kvarko struktūrą, reikia energijos, atitinkančios bent dešimt kartų protono masę. Energijos skalėje žymiai didesnė masė, atitinkanti Didįjį Susivienijimą. Jeigu kada nors pavyks pasiekti tokią didžiulę masę (energiją), nuo kurios šiandien esame labai toli, tuomet bus galima tyrinėti X dalelių pasaulį, kuriame ištrinami skirtumai tarp kvarkų ir leptonų.
Kokios energijos reikia norint įsiskverbti į 7 sferos „vidų“ ir ištirti papildomus erdvės matmenis? Pagal Kaluzos-Kleino teoriją reikia viršyti Didžiojo susivienijimo skalę ir pasiekti energiją, lygią 10 19 protonų masėms. Tik su tokiomis neįsivaizduojamai milžiniškomis energijomis būtų galima tiesiogiai stebėti papildomų erdvės matmenų apraiškas.
Ši didžiulė vertė – 10 19 protono masių – vadinama Planko mase, nes ją pirmasis pristatė kvantinės teorijos kūrėjas Maxas Planckas. Esant energijai, atitinkančiai Planko masę, visos keturios sąveikos gamtoje susijungtų į vieną superjėgą, o dešimt erdvinių matmenų būtų visiškai vienodi. Jei galėčiau susikaupti pakankamas kiekis energijos, „užtikrinant Plancko masės pasiekimą, tada visa erdvė atsirastų visu savo spindesiu [Yakushev A. S. Pagrindinės šiuolaikinio gamtos mokslo sampratos – M., Fakt-M, 122.].
Suteikus laisvę vaizduotei, galima įsivaizduoti, kad vieną dieną žmonija įgis supergalių. Jei taip atsitiktų, mes įgytume valdžią gamtai, nes supergalia galiausiai sukelia bet kokią sąveiką ir visus fizinius objektus; šia prasme tai yra pagrindinis visų dalykų principas. Įvaldę supergalią, galėtume pakeisti erdvės ir laiko struktūrą, savaip išlenkti tuštumą ir sutvarkyti materiją. Valdydami supergalias galime savo nuožiūra kurti arba transformuoti daleles, sukurdami egzotiškas naujas materijos formas. Galėtume net manipuliuoti pačios erdvės matmeniu, sukurdami keistus dirbtinius pasaulius su neįsivaizduojamomis savybėmis. Mes tikrai taptume Visatos šeimininkais!
Bet kaip tai pasiekti? Visų pirma, būtina gauti pakankamai energijos. Kad suprastumėte, apie ką mes kalbame, atminkite, kad 3 km ilgio tiesinis greitintuvas Stanforde pagreitina elektronus iki energijos, atitinkančios 20 protonų masių. Norint pasiekti Planko energiją, greitintuvą reikėtų pailginti 10 18 kartų, kad jis būtų Paukščių Tako dydžio (apie šimtą tūkstančių šviesmečių). Toks projektas nėra tas, kurį galima įgyvendinti artimiausioje ateityje. [Wheeler J. A. Quantum and the Universe // Astrofizika, kvantai ir reliatyvumo teorija, M., 1982, p. 276.]
Didžioji vieninga teorija aiškiai išskiria tris energijos slenksčius arba skales. Visų pirma, tai yra Weinberg-Salam slenkstis, atitinkantis beveik 90 protonų masių, virš kurių elektromagnetinė ir silpnoji sąveika susilieja į vieną elektrosilpną sąveiką. Antroji skalė, atitinkanti 10 14 protonų mases, būdinga Didžiajam susivienijimui ir ja pagrįstai naujai fizikai. Galiausiai didžiausia skalė - Planko masė, atitinkanti 10 19 protonų mases, atitinka visišką visų sąveikų suvienijimą, dėl kurio pasaulis yra nuostabiai supaprastintas. Viena didžiausių neišspręstų problemų – paaiškinti šių trijų skalių egzistavimą, taip pat tokio didelio skirtumo tarp pirmosios ir antrosios iš jų priežastį. [Soldatovas V.K. „Didžiojo susivienijimo teorija“. – M., Postscript, 2000, p. 76.]
Šiuolaikinės technologijos gali pasiekti tik pirmąjį mastą. Protonų skilimas gali mums duoti netiesioginėmis priemonėmis mokytis fizinis pasaulis didžiuoju vieningu mastu, nors šiuo metu atrodo, kad nėra vilties tiesiogiai pasiekti šią ribą, jau nekalbant apie Planko masės mastą.
Ar tai reiškia, kad mes niekada negalėsime stebėti pirminės supergalios apraiškų ir nematomų septynių erdvės matmenų? Naudodami technines priemones, pvz., superlaidųjį supergreitintuvą, sparčiai judame aukštyn to, ką galima pasiekti antžeminės sąlygos energijos. Tačiau žmonių kuriamos technologijos neišsemia visų galimybių – pati gamta taip pat egzistuoja. Visata yra milžiniška gamtos laboratorija, kurioje prieš 18 milijardų metų buvo „atliktas“ didžiausias eksperimentas elementariųjų dalelių fizikos srityje. Šį eksperimentą vadiname Didžiuoju sprogimu. Kaip bus aptarta vėliau, šio pradinio įvykio pakako, kad išlaisvintų – nors ir labai trumpą akimirką – supergalią. Tačiau to, matyt, pakako, kad vaiduokliškas supervalstybės egzistavimas paliktų pėdsaką amžiams. [Jakuševas A. S. Pagrindinės šiuolaikinio gamtos mokslo sampratos. – M., Fakt-M, 2001, p. 165.]
1896 metais prancūzų mokslininkas Henri Becquerel atrado urano radioaktyvumą. Tai buvo pirmasis eksperimentinis signalas apie anksčiau nežinomas gamtos jėgas – silpną sąveiką. Dabar žinome, kad už daugelio pažįstamų reiškinių slypi silpnoji jėga – pavyzdžiui, ji dalyvauja kai kuriose termobranduolinėse reakcijose, kurios palaiko Saulės ir kitų žvaigždžių spinduliavimą.
Pavadinimas „silpnas“ šiai sąveikai buvo suteiktas dėl nesusipratimo - pavyzdžiui, protonui jis yra 1033 kartus stipresnis gravitacinė sąveika(žr. Gravitacija, Ši gamtos vienybė). Tai veikiau destruktyvi sąveika, vienintelė gamtos jėga, kuri substancijos nelaiko, o tik naikina. Galima tai pavadinti ir „neprincipingu“, nes sunaikinimo metu neatsižvelgiama į erdvinio pariteto ir laiko grįžtamumo principus, kurių laikosi kitos jėgos.
Pagrindinės silpnosios sąveikos savybės tapo žinomos dar praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje, daugiausia italų fiziko E. Fermio darbo dėka. Paaiškėjo, kad, skirtingai nei gravitacinės ir elektrinės jėgos, silpnos jėgos turi labai trumpą veikimo diapazoną. Tais metais atrodė, kad veiksmo spindulio iš viso nėra – sąveika vyko viename erdvės taške, be to, akimirksniu. Ši sąveika yra virtuali (įjungta trumpas laikas) kiekvieną branduolio protoną paverčia neutronu, pozitroną – pozitronu ir neutrinu, o kiekvieną neutroną – protonu, elektronu ir antineutrinu. Stabiliuose branduoliuose (žr. „Atominis branduolys“) šios transformacijos išlieka virtualios, kaip ir virtualus elektronų-pozitronų porų arba protonų-antiprotonų porų kūrimas vakuume.
Jei branduolių, kurie skiriasi vienu krūviu, masių skirtumas yra pakankamai didelis, šios virtualios transformacijos tampa realios, o branduolys pakeičia savo krūvį 1, išskirdamas elektroną ir antineutriną (elektronų skilimas) arba pozitroną ir neutriną ( pozitronų skilimas). Neutronų masė maždaug 1 MeV viršija protono ir elektrono masių sumą. Todėl laisvasis neutronas skyla į protoną, elektroną ir antineutriną, išskirdamas maždaug 1 MeV energiją. Gyvenimo laikas laisvasis neutronas nors apie 10 minučių surišta būsena Pavyzdžiui, deuterone, kurį sudaro neutronas ir protonas, šios dalelės gyvena neribotą laiką.
Panašus įvykis vyksta ir su miuonu (žr. Peptonus) – jis skyla į elektroną, neutriną ir antineutriną. Prieš irdamas miuonas gyvena apie c – daug mažiau nei neutronas. Fermio teorija tai paaiškino dalyvaujančių dalelių masių skirtumu. Kuo daugiau energijos išsiskiria skilimo metu, tuo greičiau ji eina. Energijos išsiskyrimas skilimo metu yra apie 100 MeV, maždaug 100 kartų didesnis nei neutrono skilimo metu. Dalelės gyvenimo trukmė yra atvirkščiai proporcinga penktajai šios energijos galiai.
Kaip paaiškėjo m paskutiniais dešimtmečiais, silpnoji sąveika yra nelokali, tai yra, ji neįvyksta akimirksniu ir ne viename taške. Remiantis šiuolaikine teorija, silpnoji sąveika neperduodama akimirksniu, o gimsta virtuali elektronų-antineutrino pora s po to, kai miuonas virsta neutrinu, ir tai įvyksta cm atstumu nei vienas valdovas, nei vienas mikroskopas , žinoma, išmatuokite tokį mažą atstumą, kaip joks chronometras negali išmatuoti tokio mažo laiko intervalo. Kaip beveik visada būna, in šiuolaikinė fizika turime tenkintis netiesioginiais duomenimis. Fizikai stato įvairios hipotezės apie proceso mechanizmą ir patikrinkite visas galimas šių hipotezių pasekmes. Tos hipotezės, kurios prieštarauja bent vienam patikimam eksperimentui, atmetamos, o likusiems patikrinti atliekami nauji eksperimentai. Šis procesas silpnosios sąveikos atveju tęsėsi apie 40 metų, kol fizikai įsitikino, kad silpnąją sąveiką neša supermasyvios dalelės – 100 kartų sunkesnės už protoną. Šios dalelės turi sukimąsi 1 ir yra vadinamos vektoriniai bozonai(atrasta 1983 m. CERN, Šveicarija – Prancūzija).
Yra du įkrauti vektoriniai bozonai ir vienas neutralus (piktograma viršuje, kaip įprasta, rodo krūvį protonų vienetais). Įkrautas vektorinis bozonas „veikia“ neutronų ir miuono skilimo metu. Miuono skilimo eiga parodyta Fig. (viršuje, dešinėje). Tokie brėžiniai vadinami Feynman diagramomis, jie ne tik iliustruoja procesą, bet ir padeda jį apskaičiuoti. Tai savotiškas reakcijos tikimybės formulės trumpinys; čia jis naudojamas tik iliustravimo tikslais.
Miuonas virsta neutrinu, išskirdamas -bozoną, kuris skyla į elektroną ir antineutriną. Išsiskyrusios energijos neužtenka tikram -bozono gimimui, todėl ji gimsta virtualiai, t.y. labai trumpam. IN šiuo atveju tai yra s. Per šį laiką laukas, atitinkantis -bozoną, nespėja suformuoti bangos ar kitaip tikros dalelės (žr. Laukai ir dalelės). Susidaro cm dydžio lauko krešulys, o po c iš jo gimsta elektronas ir antineutrinas.
Neutrono skilimui būtų galima nubraižyti tą pačią diagramą, bet čia tai jau mus suklaidintų. Faktas yra tas, kad neutrono dydis yra cm, o tai yra 1000 kartų didesnis už spindulį silpnų jėgų veiksmai. Todėl šios jėgos veikia neutrono viduje, kur yra kvarkai. Vienas iš trijų neutronų kvarkų išskiria -bozoną, virsdamas kitu kvarku. Kvarkų krūviai neutrone: -1/3, - 1/3 ir taip vienas iš dviejų kvarkų su neigiamas krūvis-1/3 patenka į kvarką su teigiamas krūvis. Rezultatas bus kvarkai su krūviais - 1/3, 2/3, 2/3, kurie kartu sudaro protoną. Reakcijos produktai – elektronas ir antineutrinas – laisvai išskrenda iš protono. Bet tai kvarkas, išmetęs -bozoną. gavo atatranką ir pradėjo judėti priešinga kryptimi. Kodėl jis neišskrenda?
Jį kartu palaiko stipri sąveika. Ši sąveika neša kvarką kartu su dviem neatsiejamais kompanionais, todėl protonas juda. Autorius panaši schema atsiranda silpni likusių hadronų skilimai (susiję su silpna sąveika). Visi jie susiveda į vieno iš kvarkų vektoriaus bozono išskyrimą, šio vektoriaus bozono perėjimą į leptonus (ir daleles) ir tolesnį reakcijos produktų išplėtimą.
Tačiau kartais pasitaiko ir hadroninių skilimų: vektorinis bozonas gali suirti į kvarko ir antikvarko porą, kuri virs mezonais.
Taigi, didelis skaičius įvairios reakcijos nulemia kvarkų ir leptonų sąveiką su vektoriniais bozonais. Ši sąveika yra universali, tai yra, ji yra tokia pati kvarkams ir leptonams. Silpnosios sąveikos universalumas, priešingai nei gravitacinės ar elektromagnetinės sąveikos universalumas, dar negavo išsamaus paaiškinimo. IN šiuolaikinės teorijos silpnoji sąveika derinama su elektromagnetine sąveika (žr. Gamtos jėgų vienybė).
Apie simetrijos pažeidimą dėl silpnos sąveikos žr. Parity, Neutrinos. Straipsnyje Gamtos jėgų vienybė kalba apie silpnųjų jėgų vietą mikropasaulio paveiksle
Silpna sąveika
Stipri sąveika
Stipri sąveika veikia trumpai. Jo veikimo diapazonas yra apie 10-13 cm.
Dalelės, dalyvaujančios stiprioje sąveikoje, vadinamos hadronais. Įprastoje stabilioje medžiagoje ne per daug aukšta temperatūra stipri sąveika nesukelia jokių procesų. Jo vaidmuo yra sukurti tvirtą ryšį tarp nukleonų (protonų ir neutronų) branduoliuose. Surišimo energija vidutiniškai yra apie 8 MeV vienam nukleonui. Be to, susidūrus branduoliams ar nukleonams su pakankamai didelė energija(šimtai MeV), stipri sąveika sukelia daugybę branduolinės reakcijos: branduolių dalijimasis, vienų branduolių transformacija į kitus ir kt.
Pradedant nuo kelių šimtų MeV dydžio susidūrimo nukleonų energijos, stipri sąveika sukelia P-mezonų gamybą. Esant dar aukštesnėms energijoms, gimsta K-mezonai ir hiperonai, daug mezonų ir barionų rezonansų (rezonansai yra trumpalaikės sužadintos hadronų būsenos).
Tuo pačiu metu paaiškėjo, kad ne visos dalelės patiria stiprią sąveiką. Taigi, protonai ir neutronai tai patiria, tačiau elektronai, neutrinai ir fotonai jam netaikomi. Paprastai stiprioje sąveikoje dalyvauja tik sunkiosios dalelės.
Teorinis paaiškinimas Stiprios sąveikos pobūdį buvo sunku išvystyti. Proveržis pasirodė tik septintojo dešimtmečio pradžioje, kai buvo pasiūlytas kvarko modelis. Šioje teorijoje neutronai ir protonai laikomi ne elementariomis dalelėmis, o sudėtinėmis sistemomis, sudarytomis iš kvarkų.
Stiprios sąveikos kvantai yra aštuoni gliuonai. Gluonai gavo savo pavadinimą iš Angliškas žodis klijai (klijai), nes jie yra atsakingi už kvarkų uždarymą. Likusios gliuonų masės lygios nuliui. Tuo pačiu metu gliuonai turi spalvotą krūvį, dėl kurio jie gali sąveikauti vienas su kitu, kaip sakoma, savarankiškai, o tai sukelia sunkumų matematiškai apibūdinti stiprią sąveiką dėl jos netiesiškumo.
Jo veikimo diapazonas yra mažesnis nei 10-15 cm Silpnoji sąveika yra keliomis eilėmis silpnesnė ne tik už stipriąją, bet ir už elektromagnetinę. Be to, ji yra daug stipresnė už gravitacinę jėgą mikrokosmose.
Pirmasis atrastas ir labiausiai paplitęs procesas, kurį sukelia silpna sąveika radioaktyvusis b-skilimasšerdys.
Paskelbta ref.rf
Šio tipo radioaktyvumą 1896 m. atrado A.A. Bekerelemas. Radioaktyviojo elektrono /b - -/ skilimo metu vienas iš neutronų / n/ atomo branduolys virsta protonu / r/ su elektronų emisija / e-/ ir elektroninis antineutrinas //:
n ® p + e-+
Pozitroninio /b + -/ skilimo procese vyksta toks perėjimas:
p® n + e++
Pirmojoje b-skilimo teorijoje, kurią 1934 m. sukūrė E. Fermi, norint paaiškinti šį reiškinį, reikėjo pateikti hipotezę apie ypatingo tipo trumpojo nuotolio jėgų, sukeliančių perėjimą, egzistavimą.
n ® p + e-+
Tolesni tyrimai parodė, kad Fermi įdiegta sąveika yra universali.
Paskelbta ref.rf
Tai sukelia visų nestabilių dalelių, kurių masės ir atrankos taisykles, irimą kvantiniai skaičiai neleiskite jiems sunykti dėl stiprios ar elektromagnetinės sąveikos. Silpna sąveika būdinga visoms dalelėms, išskyrus fotonus. Būdingas silpnos sąveikos procesų laikas, kai energija yra 100 MeV, yra 13-14 dydžių ilgesnis nei būdingas stiprios sąveikos laikas.
Silpnosios sąveikos kvantai yra trys bozonai - W + , W - , Z° - bozonai. Viršutiniai indeksai rodo šių kvantų elektros krūvio ženklą. Silpnos sąveikos kvantai turi didelę masę, o tai lemia tai, kad silpnoji sąveika pasireiškia labai mažais atstumais.
Reikia atsižvelgti į tai, kad šiandien jau m vieninga teorija susijungia silpnoji ir elektromagnetinė sąveika. Yra skaičius teorinės schemos, kuriame bandoma sukurti vieningą visų tipų sąveikos teoriją. Tačiau šios schemos dar nėra pakankamai sukurtos, kad jas būtų galima išbandyti eksperimentiškai.
26. Struktūrinė fizika. Korpuskulinis požiūris į gamtos aprašymą ir paaiškinimą. Redukcionizmas
Struktūrinės fizikos objektai yra materijos struktūros elementai (pvz. molekulės, atomai, elementarios dalelės) ir daugiau kompleksinis ugdymas iš jų. Tai:
1) plazma - tai dujos, kuriose didelė dalis molekulių arba atomų yra jonizuotos;
2) kristalai- Tai kietosios medžiagos, kuriame atomai ar molekulės išsidėstę tvarkingai ir sudaro periodiškai pasikartojantį vidinė struktūra;
3) skysčių- Tai fizinė būsena medžiagos, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ sujungia kietosios būsenos (tūrio išsaugojimas, tam tikras tempiamasis stipris) ir dujinės būsenos (formos kintamumas) požymius.
Skystis pasižymi šiomis savybėmis:
a) dalelių (molekulių, atomų) išsidėstymo trumpojo nuotolio tvarka;
b) nedidelis šiluminio judėjimo kinetinės energijos skirtumas ir jų potenciali energija sąveikos.
4) žvaigždės,ᴛ.ᴇ. žėrintys dujų (plazmos) rutuliukai.
Renkantis struktūrines lygtis Medžiagoms taikomi šie kriterijai:
Erdviniai matmenys: to paties lygio dalelės turi tos pačios eilės erdvinius matmenis (pavyzdžiui, visų atomų matmenys yra 10–8 cm);
Proceso laikas: viename lygyje jis yra maždaug tokio paties dydžio;
To paties lygio objektai susideda iš tų pačių elementų (pavyzdžiui, visi branduoliai susideda iš protonų ir neutronų);
Dėsniai, paaiškinantys procesus viename lygyje, kokybiškai skiriasi nuo dėsnių, paaiškinančių procesus kitame lygyje;
Skirtinguose lygiuose esantys objektai skiriasi savo pagrindinėmis savybėmis (pavyzdžiui, visi atomai yra elektriškai neutralūs, o visi branduoliai yra teigiamai įkrauti).
Atrandant naujus struktūros ir materijos būsenų lygius, struktūrinės fizikos objektų sritis plečiasi.
Būtina atsižvelgti į tai, kad sprendžiant konkrečius fizinių problemų klausimai, susiję su struktūros, sąveikos ir judėjimo išaiškinimu, yra glaudžiai susipynę.
Struktūrinės fizikos pagrindas yra korpuskulinis požiūris į gamtos apibūdinimą ir paaiškinimą.
Pirmą kartą atomo, kaip paskutinės ir nedalomos kūno dalelės, samprata atsirado Senovės Graikija Leukipo-Demokrito mokyklos prigimtinio filosofinio mokymo rėmuose. Remiantis šiuo požiūriu, pasaulyje yra tik atomai, kurie juda tuštumoje. Senovės atomistai materijos tęstinumą laikė akivaizdžiu. Skirtingi atomų deriniai sudaro skirtingus matomus kūnus. Ši hipotezė nebuvo pagrįsta eksperimentiniais duomenimis. Ji tebuvo puikus spėjimas. Tačiau tai lėmė viską dar ilgus šimtmečius. tolesnė plėtra gamtos mokslai.
Atomo hipotezė nedalomos dalelės medžiagos buvo atgaivintos gamtos moksluose, ypač fizikoje ir chemijoje, siekiant paaiškinti kai kuriuos empiriškai nustatytus dėsnius (pavyzdžiui, Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac dėsniai idealios dujos, šiluminis plėtimasis tel ir kt.). Iš tiesų, Boyle-Mariotte dėsnis teigia, kad dujų tūris yra atvirkščiai proporcingas jų slėgiui, tačiau jis nepaaiškina, kodėl taip yra. Panašiai, kai kūnas šildomas, jo dydis didėja. Tačiau kokia yra šios plėtros priežastis? Kinetinėje materijos teorijoje šie ir kiti eksperimentiškai nustatyti modeliai paaiškinami atomų ir molekulių pagalba.
Tiesą sakant, tiesiogiai stebimas ir išmatuojamas dujų slėgio sumažėjimas, padidėjus jo tūriui materijos kinetinėje teorijoje, paaiškinamas kaip laisvo jas sudarančių atomų ir molekulių kelio padidėjimas. Dėl to padidėja dujų užimamas tūris. Panašiai kūnų plėtimasis kaitinant kinetinėje materijos teorijoje paaiškinamas padidėjimu vidutinis greitis judančias molekules.
Kokių savybių paaiškinimai sudėtingos medžiagos arba jie bando redukuoti kūnus į savo paprastesnių elementų savybes arba komponentai, paskambino redukcionizmas.Šis analizės metodas leido išspręsti didelę gamtos mokslų problemų klasę.
Iki pabaigos XIX V. Buvo tikima, kad atomas yra mažiausia, nedaloma, bestruktūrė materijos dalelė. Tuo pačiu metu elektrono ir radioaktyvumo atradimai parodė, kad taip nėra. Atsiranda planetinis modelis Rutherfordo atomas. Tuomet ją pakeičia modelis N. Bora. Tačiau, kaip ir anksčiau, fizikų mintys nukreiptos į visos įvairovės mažinimą sudėtingos savybės kūnus ir gamtos reiškinius į paprastos savybės nedidelis pirminių dalelių skaičius. Vėliau šios dalelės buvo vadinamos elementarus. Dabar jų bendras skaičius viršija 350. Dėl šios priežasties mažai tikėtina, kad visas tokias daleles galima vadinti tikrai elementariomis, neturinčiomis kitų elementų. Šį įsitikinimą sustiprina hipotezė apie kvarkų egzistavimą. Pagal ją žinomos elementarios dalelės susideda iš dalelių su daliniais elektros krūviais. Jie vadinami kvarkai.
Pagal sąveikos, kurioje dalyvauja elementariosios dalelės, tipą, visos jos, išskyrus fotoną, skirstomos į dvi grupes:
1) hadronai. Verta pasakyti, kad jiems būdinga stipri sąveika. Be to, jie taip pat gali dalyvauti silpnoje ir elektromagnetinėje sąveikoje;
2) leptonai. Οʜᴎ dalyvauja tik elektromagnetinėje ir silpnoje sąveikoje;
Pagal gyvenimo trukmę jie išskiriami:
a) stabilios elementarios dalelės. Tai yra elektronas, fotonas, protonas ir neutrinas;
b) beveik stabilus. Tai dalelės, kurios suyra dėl elektromagnetinės ir silpnos sąveikos. Pavyzdžiui, į + ® m + +;
c) nestabilus. Οʜᴎ skilimas dėl stiprios sąveikos, pvz. neutronas.
Elementariųjų dalelių elektriniai krūviai yra mažiausio elektronui būdingo krūvio kartotiniai. Tuo pačiu metu elementarios dalelės yra suskirstytos į poras dalelė - antidalelė, pavyzdžiui, e - - e + (jų visų charakteristikos yra vienodos, o elektros krūvio ženklai yra priešingi). Elektra neutralios dalelės taip pat turi antidalelių, pvz. p -,- .
Taigi, atominė koncepcija remiasi diskrečios materijos struktūros idėja. Atominis požiūris paaiškina fizinio objekto savybes, remdamasis jo mažiausių dalelių savybėmis, kurios tam tikrame pažinimo etape laikomos nedalomomis. Istoriškai tokios dalelės iš pradžių buvo atpažįstamos kaip atomai, vėliau kaip elementarios dalelės, o dabar – kaip kvarkai. Šio metodo sunkumas yra visiškas komplekso sumažinimas iki paprasto, neatsižvelgiant į kokybinius skirtumus tarp jų.
Iki XX amžiaus pirmojo ketvirčio pabaigos makro- ir mikrokosmoso struktūros vienybės idėja buvo suprantama mechaniškai, kaip visiškas dėsnių tapatumas ir visiškas abiejų struktūros panašumas.
Mikrodalelės buvo interpretuojamos kaip miniatiūrinės makrokūnų kopijos, ᴛ.ᴇ. kaip labai maži rutuliukai (kūneliai), judantys tiksliomis orbitomis, kurios yra visiškai panašios į planetų orbitas, vienintelis skirtumas yra tas, kad dangaus kūnai yra surišti gravitacinės sąveikos jėgų, o mikrodaleles – elektrinės sąveikos jėgos.
Po elektrono atradimo (Thomson, 1897 ᴦ.), sukūrus kvantų teoriją (Planck, 1900 ᴦ.), įvedus fotono sąvoką (Einstein, 1905 ᴦ.), atominė doktrina įgyta. naujas personažas.
Paskelbta ref.rf
Diskretiškumo idėja buvo išplėsta į elektros ir šviesos reiškinių sritį, į energijos sampratą (XIX amžiuje energijos doktrina buvo idėjų apie nuolatinius valstybės dydžius ir funkcijas sfera). Svarbiausias šiuolaikinio bruožas atominė doktrina sudaro veiksmo atomizmą. Taip yra dėl to, kad įvairių mikroobjektų judėjimą, savybes ir būsenas galima kvantuoti, ᴛ.ᴇ. yra išreikšti forma diskretūs kiekiai ir santykiai. Naujasis atomizmas pripažįsta santykinis stabilumas kiekviena atskira materijos rūšis, jos kokybinis tikrumas, santykinis nedalomumas ir nepakeičiamumas žinomose gamtos reiškinių ribose. Pavyzdžiui, dalijasi iš kai kurių fizinėmis priemonėmis, atomas chemiškai nedalomas, ᴛ.ᴇ. V cheminiai procesai jis elgiasi kaip kažkas vientiso, nedaloma. Molekulė, kuri chemiškai dalijasi į atomus, šiluminio judėjimo metu (iki žinomos ribos) elgiasi kaip visuma, nedaloma ir pan.
Naujojo atomizmo koncepcijoje ypač svarbu pripažinti bet kokių atskirų medžiagų tipų tarpusavio konvertavimą.
Skirtingi lygiai struktūrinė organizacija fizinė tikrovė(kvarkai, mikrodalelės, branduoliai, atomai, molekulės, makrokūnai, megasistemos) turi savo specifinius fiziniai dėsniai. Bet nesvarbu, kaip tiriami reiškiniai skiriasi nuo tiriamų reiškinių klasikinė fizika, visi eksperimentiniai duomenys turėtų būti aprašyti naudojant klasikinės sąvokos. Yra esminis skirtumas tarp tiriamo mikroobjekto elgsenos aprašymo ir matavimo priemonių veikimo aprašymo. Taip yra dėl to, kad matavimo priemonių veikimas iš esmės turi būti aprašytas kalba klasikinė fizika, o tiriamas objektas gali būti neapibūdintas šia kalba.
Korpuskulinis požiūris į paaiškinimą fiziniai reiškiniai ir procesai visada buvo derinami su kontinuumo požiūriu nuo sąveikos fizikos atsiradimo. Tai buvo išreikšta lauko samprata ir jos vaidmens fizinėje sąveikoje atskleidimu. Lauko vaizdavimas kaip tam tikros rūšies dalelių srautas ( kvantinė teorija laukai) ir priskyrimas bet kuriam fizinis objektas bangų savybės(Louiso de Broglie hipotezė) sujungė šiuos du fizikinių reiškinių analizės būdus.
Silpna sąveika – samprata ir rūšys. Kategorijos „Silpna sąveika“ klasifikacija ir ypatumai 2017, 2018 m.
Silpna sąveika.
Fizika lėtai judėjo link silpnosios sąveikos buvimo nustatymo. Silpna sąveika yra atsakinga už dalelių skilimą. Todėl jo pasireiškimas buvo pastebėtas atrandant radioaktyvumą ir tiriant beta skilimą (žr. 8.1.5).
Beta skilimas buvo rastas aukščiausias laipsnis keista savybė. Atrodė, kad šiame skilime buvo pažeistas energijos tvermės dėsnis, ta dalis energijos kažkur dingo. Norėdamas „išgelbėti“ energijos tvermės dėsnį, W. Pauli pasiūlė, kad beta skilimo metu kartu su elektronu išskrenda ir kita dalelė, pasiimdama trūkstamą energiją. Jis yra neutralus ir pasižymi neįprastai dideliu skverbimosi gebėjimu, todėl jo nebuvo galima pastebėti. E. Fermi nematomą dalelę pavadino „neutrinu“.
Tačiau neutrinų numatymas yra tik problemos pradžia, jos formulavimas. Reikėjo paaiškinti neutrinų prigimtį, čia liko daug paslapčių. Faktas yra tas, kad elektronus ir neutrinus išspinduliavo nestabilūs branduoliai, tačiau buvo žinoma, kad branduolių viduje tokių dalelių nebuvo. Kaip jie atsirado? Paaiškėjo, kad į branduolį patekę neutronai, palikti savieigai, po kelių minučių suyra į protoną, elektroną ir neutriną. Kokios jėgos sukelia tokį skilimą? Analizė parodė, kad žinomos jėgos negali sukelti tokio suirimo. Matyt, jį sugeneravo kažkokia kita, nežinoma jėga, kuri atitinka kažkokią „silpną sąveiką“.
Silpna sąveika yra daug mažesnė nei visos sąveikos, išskyrus gravitacinę sąveiką. Ten, kur jis yra, jo poveikį užgožia elektromagnetinė ir stipri sąveika. Be to, silpna sąveika tęsiasi labai mažais atstumais. Silpnos sąveikos spindulys labai mažas (10-16 cm). Todėl jis negali turėti įtakos ne tik makroskopiniam, bet ir netgi atominiai objektai ir yra ribotas subatominės dalelės. Be to, palyginti su elektromagnetine ir stipria sąveika, silpnoji sąveika yra labai lėta.
Kai prasidėjo į laviną panašus daugelio nestabilių subbranduolinių dalelių atradimas, buvo nustatyta, kad dauguma jų dalyvauja silpnoje sąveikoje. Silpna sąveika gamtoje vaidina labai svarbų vaidmenį svarbus vaidmuo. Tai yra neatskiriama dalis termobranduolinės saulės reakcijos, žvaigždės, užtikrinančios pulsarų sintezę, sprogimai supernovos, sintezė cheminiai elementaižvaigždėse ir kt.
Silpna sąveika
Fizika lėtai judėjo link silpnosios sąveikos buvimo nustatymo. Silpna jėga yra atsakinga už dalelių skilimą; ir todėl jo pasireiškimas buvo susidūręs su radioaktyvumo atradimu ir beta skilimo tyrimu.
Beta skilimas atskleidė itin keistą savybę. Tyrimai leido padaryti išvadą, kad šis skilimas pažeidžia vieną iš pagrindinių fizikos dėsnių – energijos tvermės dėsnį. Atrodė, kad dalis energijos kažkur dingsta. Norėdamas „išgelbėti“ energijos tvermės dėsnį, W. Pauli pasiūlė, kad beta skilimo metu kartu su elektronu išskrenda ir kita dalelė, pasiimdama trūkstamą energiją. Jis yra neutralus ir pasižymi neįprastai dideliu skverbimosi gebėjimu, todėl jo nebuvo galima pastebėti. E. Fermi nematomą dalelę pavadino „neutrinu“.
Tačiau neutrinų numatymas yra tik problemos pradžia, jos formulavimas. Reikėjo paaiškinti neutrinų prigimtį, tačiau liko daug paslapčių. Faktas yra tas, kad elektronus ir neutrinus išskleidė nestabilūs branduoliai. Tačiau buvo neginčijamai įrodyta, kad branduolių viduje tokių dalelių nėra. Apie jų atsiradimą buvo pasiūlyta, kad elektronai ir neutrinai branduolyje neegzistuoja „paruošta forma“, o kažkaip susidaro iš radioaktyvaus branduolio energijos. Tolesni tyrimai parodė, kad į branduolį patekę neutronai, palikti savieigai, po kelių minučių suyra į protoną, elektroną ir neutriną, t.y. vietoj vienos dalelės atsiranda trys naujos. Atlikus analizę buvo padaryta išvada, kad žinomos jėgos tokio skilimo sukelti negalėjo. Matyt, jį sukūrė kažkokia kita, nežinoma jėga. Tyrimai parodė, kad ši jėga atitinka tam tikrą silpną sąveiką.
Silpna sąveika yra žymiai mažesnė už visas sąveikas, išskyrus gravitacinę sąveiką, o sistemose, kuriose ji yra, jos poveikį užgožia elektromagnetinė ir stipri sąveika. Be to, silpna sąveika plinta labai mažais atstumais. Silpnosios sąveikos spindulys yra labai mažas. Silpna sąveika sustoja didesniu nei 10-16 cm atstumu nuo šaltinio, todėl negali paveikti makroskopinių objektų, o apsiriboja mikrokosmosu, subatominėmis dalelėmis. Kai prasidėjo į laviną panašus daugelio nestabilių subbranduolinių dalelių atradimas, buvo nustatyta, kad dauguma jų dalyvauja silpnoje sąveikoje.
Stipri sąveika
Paskutinis iš pagrindinių sąveikų serijos yra stipri sąveika, kuri yra didžiulės energijos šaltinis. Dauguma tipinis pavyzdys stiprios sąveikos išskiriama energija – Saulė. Saulės gelmėse ir žvaigždės nuolat teka termobranduolinės reakcijos, kurią sukelia stipri sąveika. Tačiau žmogus taip pat išmoko paleisti stiprią sąveiką: sukūrė vandenilio bomba, buvo sukurtos ir patobulintos valdomos termobranduolinės reakcijos technologijos.
Fizikai atėjo į idėją apie stiprios sąveikos egzistavimą tiriant atomo branduolio struktūrą. Tam tikra jėga turi išlaikyti teigiamai įkrautus protonus branduolyje, neleisdama jiems nuskristi veikiant elektrostatiniam atstūmimui. Gravitacija yra per silpna, kad tai užtikrintų; Akivaizdu, kad tam tikra sąveika yra būtina, be to, stipresnė nei elektromagnetinė. Vėliau buvo atrasta. Paaiškėjo, kad nors stipri sąveika savo dydžiu gerokai lenkia visas kitas esminės sąveikos, bet už šerdies jis nejaučiamas. Kaip ir silpnos sąveikos atveju, veiksmų diapazonas naujos jėgos pasirodė labai maža: stipri sąveika pasireiškia branduolio dydžio nulemtu atstumu, t.y. maždaug 10-13 cm Be to, paaiškėjo, kad ne visos dalelės patiria stiprią sąveiką. Taigi, protonai ir neutronai tai patiria, tačiau elektronai, neutrinai ir fotonai jam netaikomi. Paprastai stiprioje sąveikoje dalyvauja tik sunkiosios dalelės. Jis atsakingas už branduolių susidarymą ir daugelį elementariųjų dalelių sąveikų.
Buvo sunku sukurti teorinį stiprios sąveikos pobūdžio paaiškinimą. Proveržis pasirodė tik septintojo dešimtmečio pradžioje, kai buvo pasiūlytas kvarko modelis. Šioje teorijoje neutronai ir protonai laikomi ne elementariomis dalelėmis, o sudėtinėmis sistemomis, sukurtomis iš kvarkų.
Taigi iš esmės fizinės sąveikos aiškiai matomas skirtumas tarp tolimojo ir trumpojo nuotolio jėgų. Viena vertus, neriboto spindulio sąveika (gravitacija, elektromagnetizmas), kita vertus, mažo spindulio (stiprios ir silpnos) sąveikos. Pasaulis fiziniai procesai išsiskleidžia šių dviejų poliarų ribose ir yra itin mažo ir itin didelio vienybės įsikūnijimas – trumpojo veikimo mikrokosmose ir ilgo nuotolio veikimo visoje Visatoje.
